Proposition Correction UE : 2.1 Biologie Fondamentale - Promotion Septembre 2024 PDF

UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 Proposition de correction Partie 1 - Les molécules constitutives du vivant I. La chimie du vivant, les éléments/atomes constitutifs du vivant a. Atomes, ions, liaisons, molécules 1. L’atome :...

UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 Proposition de correction Partie 1 - Les molécules constitutives du vivant I. La chimie du vivant, les éléments/atomes constitutifs du vivant a. Atomes, ions, liaisons, molécules 1. L’atome : Un atome est électriquement neutre : Cela signifie : nombre de protons = nombre d’électrons 2. La molécule : assemblage d’atomes liés par des liaisons. 3. Symbolisme de l’atome : Nombre de Masse = Isotope : atome dont le nombre de protons est identiques masi le nombre de neutrons diffère. 4. Les ions : atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs éléctrons. Ils ne sont pas éléctriquement neutre. Un atome qui perd un éléctron est un cation Un atome qui gagne un éléctron est un anion. 5. Les liaisons chimiques : Liaisons fortes : o Liaisons covalentes : (simple, double ou triple) mise en commun entre 2 atomes d’au moins deux electrons situés sur la couche éléctronique la plus externe. ▪ Polaire si atomes differents. Ex : C-H ▪ Apolaire si atomes identiques. Ex H-H Plus la paire d’electrons partages est grande plus la liaison est forte. Les liaisons covalentes ne se dissocient pas dans l’eau. Liaison chimique la plus souvent rencontrée dans le corps humain. o Liaisons ioniques : transfert total d’un éléctron d’un atome vers un autre.Consitution d’un composé ionique éléctriquement neutre. Ex : NA++Cl- = NaCl 1 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 Liaisons faibles : liaison hydrogène. Pas d’échange ni de partage d’électrons.Une intercation entre deux entités molécuaires constitué d’une part d’un groupemnt OH ou NH avec une itentité comprenant un atome H ou N. Ex H2O -H2O ou la molécule d’ADN 6. Les molécules du vivant (= assemblage d’atomes par liaison covalente) sont majoritairement composées de 4 éléments chimiques : - C : Carbone - H : Hydrogène - O : Oxygène - N : Azote  Chimie organique= molécule qui contient l’atome de Carbone et d’Hydrogène (G,L,P)  Chimie inorganique= molécule qui ne contient pas d’atome de Carbone, sauf CO2 et CO Deux molécules constitués d’atomes identiques, peuvent avoir une fonction différente : ce sont des isomères. b. Les éléments majeurs du vivants : rôles, sources, déséquilibre L’organisme est constitué de : 1. Les constituants minéraux = inorganiques (qui ne contiennent pas de liaison C-H) sont : ✓ Les sels minéraux (assemblage de cations et d’anions liés entre eux par des liaisons ioniques), ✓ Les ions circulants dans les milieux biologiques : K+, Na+ ✓ L’eau Ces constituants se répartissent en : (Cf. : b). Macroéléments : quantité importante. Oligoéléments : quantité faible 2. Les molécules organiques : Glucides, lipides, protéines, vitamines, les acides nucléiques. Constituées de liaisons covalentes C-H, plus d’autres atomes : O (dans les glucides, vitamines, lipides), ou azote N (dans les protéines). Les éléments majeurs du vivant : 4 éléments : O-C-H-N= 99% des éléments chimiques constitutifs du vivant. Base des molécules organiques du vivant : L’O2 : (65% masse corporelle) : entre dans la composition de molécules organiques (ex : glucose) et dans les molécules inorganiques (ex : L’eau, Dioxyde de carbone, dioxygène) C (18%de la mc) : principal constituant des molécules organiques : G, L, P H (9.5% de la mc) : Le plus petit mais essentiel dans la chimie organique associé au C (composition G, L, P, acides nucléiques), ion H+ (pH), et sous forme d’eau H2O N (3% de la mc) : Dans les molécules azotées des protéines, et acides nucléiques, apporté par l’alimentation. 2 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 C. Les constituants minéraux (macroéléments et oligoéléments) 1. Les macroéléments minéraux : abondants dans le corps humain >5g, besoin journalier > 50mg. - Etat solide : sels : ex : Ca2+ - Circulants, en solution : ions : K+, Na+, Cl- - Entrent dans la composition des molécules structurales ou fonctionnelles : Phosphore associé au lipide, ou Soufre =composition hormone Insuline Les macroéléments minéraux Ca2+ Ion. Le plus important. Composition des os, dents, contraction musculaire, transmission influx nerveux, coagulation. Sources : laitage, fruits secs.Excès :calculs rénaux, déficit ostéoporose, crise tétanie P Ion phosphate ou constitution d’autres molécules : phospholipide. Constituions cellule Na+ Ion extracellulaire, équilibre hydrique, régulation pression artérielle Mg2+ Mg2+ , Contraction musculaire, coagulation sanguine formation Ac S 3ème élément le plus important, lié à d’autres éléments par liaison covalente, composition acide aminé. Rôle système immunitaire Cl- Ion, composition suc gastrique K+ Ion intracellulaire, métabolisme, régulation pH, contraction musculaire , conduction nerveuse 2. Les oligoéléments : Présents en faible quantité. Ils se fixent sur les protéines, rôle important pour notre santé. Fluor ion fluorure F- (composition dents, os), Sélénium :Se (antioxydant) Manganèse : Mn Zinc : Cation Zn2+ Fer : oligoélément essentiel Fe2+ : cation ferreux (composition hémoglobine), Iode : ion iodure I- (hormones thyroïdiennes) Cuivre : ion cuivrique Cu2+maladie métabolique : excès=maladie de Wilson, déficit=maladie de Menkés 3 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 II. Les molécules inorganiques du vivant A. L’eau a) La structure de la molécule d’eau : Elle est formée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène (H2O). Ce qui lui confère une polarité et certains nombres de rôles. b) La polarité : Définition : La polarité est la caractéristique d'une molécule dont les charges négatives et positives sont concentrées les unes à l'opposé des autres, aux deux extrémités de la molécule. La polarité (ou non) d'une molécule influe sur ses caractéristiques, par exemple les molécules polaires sont facilement solubles dans d'autres composés polaires et pratiquement insolubles dans des composés apolaires. L'une des molécules les plus connues, l'eau, H2O, est fortement polaire. Exemple de la molécule d’eau : L’eau est une molécule polaire. (Par ses liaisons H- O). En effet l’hydrogène porte une charge positive, tandis que l’oxygène porte une charge négative. Application : Les molécules d’eau peuvent alors établir des liaisons « faibles » (par la liaison hydrogène), avec d’autres molécules d’eau et d’autres molécules polaires. C’est ce phénomène notamment qui lui confère son rôle de solvant polaire. c) La répartition de l’eau dans notre organisme : Les molécules d’eau représentent environ 65% des constituants de notre organisme. (Soit environ 45 litres pour une personne de 70 kg). Les molécules d’eau se trouvent dans deux milieux distincts de notre organisme. - le milieu intracellulaire, - le milieu extra cellulaire. d) L’eau rôle de solvant : Les solutions aqueuses ioniques. Définition et particularité : C’est une solution contenant des ions en solution dans l’eau. Elle est électriquement neutre. C’est à dire qu’elle contient autant de charges négatives que de charges positives. Comment appelle-t-on les ions en solution ? Dés électrolytes Donnez un exemple de solution aqueuse ionique : NaCl→ Na+ + Cl- Concernant l’osmolarité : (4réponses attendues) a. Est le nombre de mole de particules formés par la dissolution du soluté, en osmol/l b. Une solution isotonique a la même osmolarité que le sang. c. L’eau de déplace du milieu le plus concentré en particules vers le milieu le moins concentré en particules. d. L’eau se déplace du milieu le moins concentré vers le milieu le plus concentré. e. La solution de NaCl à 0,9 % ou sérum physiologique est une solution isotonique. 4 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 f. e ) L’eau rôle de solvant : Les solution moléculaires polaires Les solutés moléculaires polaires comportent des groupements O-H et N-H. Ces solutés moléculaires polaires sont solubles dans l’eau qui est un solvant polaire. Ils sont dits Hydrophiles. La solution est homogène. Les solutés moléculaires apolaires sont insolubles dans l’eau. Ils sont hydrophobes ou lipophiles. La solution est hétérogène. f/ Rôle de régulateur thermique : transpiration. Transformation de l’état liquide en état gazeux g / Rôle acido-basique :L’eau joue le rôle d’acide et de base. En s’auto-dissociant, l’eau donne : H2O + H2O → H3O+ + OH- L’eau joue le rôle d’acide (espèce capable de céder un proton H+) en donnant un ion H3O+ en milieu aqueux, également représenté H+ L’eau joue rôle de base (espèce capable de capter un proton H+) en donnant un ion Hydroxyde OH- en milieu aqueux. La concentration en ion H+ en solution détermine le pH (potentiel hydrogène d’une solution). NB : la concentration correspond à la quantité de matière contenue dans un volume précis. B. L’O2 O2= gaz inodore, incolore, insipide. Entre dans la composition de l’air à 21% (avec l’azote et le CO2. Indispensable à la vie. Rôle dans le métabolisme : comme comburant =combustion des aliments, et prodcution d’energie. Ex dans les glucides. Transporter par molécule d’Hémoglobine (Hb). (1 molécule d’hémoglobine peut transporter 4 molécules d’O2). Des poumons vers les tissus : Hb(O2 ) 4 Hb + 4O 2 Site de transport de l’Hémoglobine, n’est pas spécifique à l’oxygène (intoxycation au monoxyde de carbone CO ou cyanure (CN-) 5 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 C. Le CO2 et CO a. CO2 :Dioxyde de carboneou gaz carbonique, peipu toxique sauf en espace confiné. Rôle : dans la respiraton : échange gazeux entre l’environnement et la cellule via le sang pour obtenir une concentration maximale en O2 et minimale en CO2 dans le sang. Son transport se fait soit : - sous forme dissoute : faible quantité - sous forme combinée : CO2+H2O→HCO3-+H+ (HCO3-= ion bicarbonates), ou en se fixant à l’Hb. Autre utilisation : gaz d’insuflation en coelioscopie, neige carbonique (cryochirugie), extincteur. b. CO : gaz inodore, incolore, trés toxique. (produit de dégradation de la combustion de dérivés carbonés). Il se lie à l’HB à la place de l’O2 sur l’hémoglobine. Sa liaison est 30fois plus forte que celle de l’O2. (nausées, céphalées, coma, mort) Traitement : oxygénothérapie hyperbare. III. Les molécules organiques du vivant Les molécules organiques du vivant, sont les constituants essentiels des cellules. Elles sont constituées des éléments C, H, O et N et appartiennent à 4 familles : Les glucides Les protides Les lipides Les acides nucléiques. Toutes les molécules biologiques sont formées d’un squelette carbone (liaison C-C= liaison stable). 6 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 A. Les glucides a) La structure des glucides : Les molécules de glucides sont constituées de 3 éléments : C, H et O. Elles sont appelées OSES ou hydrate de carbone. Deux grandes classifications : les sucres simples et les sucres complexes. b) Les différentes formes : 1. Les oses simples = monosaccharides= sucres simples 1 Structure Cn (H2O) n avec n≥3 + 1 fonction carbonyle, soit de type aldéhyde (=aldose) , soit de type cétone (=cétose), + une fonction alcool O-H. Ce sont des sucres rapides, dont l’absorption se fait au moment de la digestion principalement. Rôle : rôle essentiel dans le métabolisme et ainsi dans la production d’énergie. Exemples : - Le glucose :(C6H12O6 : Hexose ou aldohexose). Aliment énergétique du cerveau, la concentration de glucose dans le sang est la glycémie en g/L. - Le fructose =cetohexose - Le galactose= aldohexose - Le ribose = un pentose (C=5), constituant de l’ARN, de l’ATP (Adénosine triphosphate) - Le désoxyribose, constituant de l’ADN. 2. Les disaccharides. Structure et capacité : ce sont les plus fréquents dans l’alimentation. Ils sont constitués de deux OSES simples liés par une liaison glucidique ou osidique. Rôle : rôle essentiel dans le métabolisme et ainsi dans la production d’énergie. Exemples : - le saccharose (glucose + fructose) : sucre en poudre - le lactose (glucose + galactose) : sucre du lait - le maltose (glucose + glucose) : 3. Les Polyosides ou polysaccharides. Structure et capacité : sont des polymères d’oses liés par des liaisons osidiques. (liaisons covalentes entre les oses les constituants)). Quand ils sont digérés les polyosides aboutissent à la libération de diholosides (maltose, glucose), pouvant à leur tour participer à la production d’énergie. Exemples : - le glycogène (polymère de glucose), molécule de stockage du glucose dans le foie et les muscles, 7 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 libéré si nécessaire (besoins de l’organisme) sous forme de glucose lors de l’hydrolyse (cf. chapitre sur l’eau) de ce polymère pour augmenter la glycémie. - l’amidon : polymères de glucose, substance de réserve des végétaux (blé, mais, pomme de terre), apport en glucose après les phases de digestion. - La cellulose. (Constituant des fibres alimentaires =rôle dans le transit intestinal). 4. Les glucides complexes : association de glucides + autres molécules - Glycolpides, Glucose + protéine = Glycosaminoglycanes (majorité de glucose +1proteines) : L’héparine (poumons), L’acide hyaluronique (liquide synovial) Glycoprotéines (glucose + majorité de protéines) : permet le fonctionnement des protéines - Glucose + Lipides : glycolipides, constituants de la membrane cellulaire, déterminants des groupes A, B, O. B. Les lipides. a) La structure et le rôle des lipides : Les molécules de lipides sont une source d’énergie mais elles ont aussi une fonction structurale. Les lipides ont la particularité d’être hydrophobes. Ils sont insolubles dans l’eau. Leur digestion fait intervenir la bile qui fractionne les molécules. b) Les différentes formes : Les ACIDES GRAS : LIPIDES SIMPLES Structure et capacité : sont formés d’une structure carbone (chaine de carbone) et d’une fonction carboxylique COOH.-C On distingue alors les acides gras saturés (viande) qui ne présentent pas de doubles liaisons, et les acides gras insaturés ou polyinsaturés (poissons et végétaux) qui présentent des doubles liaisons. Certains sont des acides gras essentiels c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas être synthétisés par l’organisme et doivent obligatoirement être apportés par l’alimentation. (ex : acides gras ω3 (acide linoléique et ω6 acide linoléique) : nécessaire pour la protection cardiovasculaire : présent dans l’huile de colza) = Rôle : ils peuvent être utilisés par certains organes pour produire de l’énergie ou pour former des molécules complexes. Ont un rôle structural essentiel. Les GLYCERIDES Structure et capacité : sont constitués par l’association d’une molécule de glycérol et de 1à 3 acides gras (par liaison ester). Les triglycérides sont composés d’une molécule de glycérol et de 3 molécules d’acides gras. Ce sont les composants principaux des huiles et des graisses. Ce sont des réserves d’énergie, stockés au niveau des tissus adipeux dans les adipocytes. 8 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 Les PHOSPHOLIPIDES : lipides complexes. Caractéristiques : elles sont amphiphiles : présentent une partie hydrophile et une partie hydrophobe. Rôle : structure de la membrane plasmique et autres membranes biologiques. Les STEROLS : Le cholestérol Structure et capacité : molécules complexes, et amphiphiles (une partie hydrophile et une partie hydrophobe). Le cholestérol est apporté par l’alimentation et est aussi synthétisé au niveau du foie. Son transport est assuré par les lipoprotéines plasmatiques. Il est absent des graisses végétales. - Transport du foie vers les cellules par le LDL (« mauvais » cholestérol), en effet si quantité trop importante = formation des plaques d’athérome : athérosclérose. - Transport des cellules vers le foie par le HDL (« bon » cholestérol) sans faculté de se fixer. Rôle : elles sont présentes dans la structure des membranes plasmiques, elles sont responsables de leur fluidité. Elles sont précurseur des hormones stéroïdes (progestérone, œstrogène, testostérone), et de la vitamine D, et les produits de dégradation du cholestérol sont les sels biliaires qui interviennent dans la digestion des lipides. Les dérivés du cholestérol : les STEROIDES Exemples : -Œstrogène, - Progestérone, - Testostérone. Les vitamines liposolubles : A, D, E, K, vitamines hydrosolubles : B, C, H, PP C. Les protides. c) La structure et le rôle des protides : Composés d’une fonction carboxylique-COOH et d’une fonction amine -NH2. Les molécules de protides sont constituées d’un enchainement d’acides aminés. Les acides aminés ne sont pas stockés dans l’organisme, soit ils sont utilisés dans la synthèse des protéines, soit ils sont dégradés. La partie amine -NH2 est éliminée sous forme d’urée, ou d’ammoniaque (NH3). La partie carbonée est transformée en glucides ou en lipides. Leur rôle est essentiel dans le renouvellement des cellules, la croissance et la réparation des tissus - d’où un besoin important par jour. 9 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 d) Les différentes formes : Les ACIDES AMINES = PROTIDES SIMPLES Structure et capacité : Il existe 20 AA protéinogènes chez l’homme : - 8 sont essentiels c’est-à-dire qu’ils ne peuvent pas être fabriqués et doivent être apportés par l’alimentation. - 12 AA non-essentiels : synthétisés par l’organisme. Ils peuvent transformés par réactions chimiques. La décarboxylation (élimination de la fonction acide carboxylique) pour donner des amines biogènes. Les catécholamines synthétisées à partir de l’AA tyrosine. Ex : L’histamine : libéré lors de réactions inflammatoire, et allergiques, possède des propriétés vasodilatatrice (écoulement nasale, œdème, rougeur), et régule la production HCl dans l’estomac → antihistaminiques dans le traitement des allergies et ulcères gastriques. Autres Ex : la dopa, l’adrénaline.  Autres : la sérotonine, et la mélanine à partir de l’AA tryptophane. Rôle : rôle essentiel dans la structure des protéines. les PROTEINES. Structure et capacité : sont constitués d’Acides Aminés reliés entre eux par des liaisons peptidiques. Quand le nombre d’AA est ≤ 20 = PEPTIDE Quand le nombre d’AA est ≤ 100= POLYPEPTIDES Quand le nombre d’AA est > 100 = PROTEINE Rôle : structure de l’organisme (collagène), Rôle dans le mouvement (actine et myosine dans la contraction de la cellule musculaire). Rôle dans les défenses immunitaires (les immunoglobulines IgG, IgM, …) Rôle dans le transport des molécules (Hémoglobine transport de l’O2 Rôle dans la signalisation (hormones, récepteurs membranaires) CAS PARTICULIERS : Les enzymes : Sont des protéines accélératrices des réactions chimiques. Chaque enzyme est spécifique d’un type de réaction. La nutrition : Ensemble des processus par lequel, l’organisme utilise les nutriments pour assurer ses fonctions vitales, périodes de croissance, production d’énergie. : - les macronutriments : G, l, P besoin en grande quantité - les micro-nutriments : besoin petite quantité. Apport nutritionnel recommandé= ANR : 2200 Kcal/j pour une femme, 2700 kcal/j pour un homme 10 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 IV. Notions de métabolisme a) Définition : Toutes les réactions chimiques par lesquelles les cellules de l’organisme produisent et/ou utilisent de l’énergie. Contrôle de l’utilisation de l’énergie. Les catalyseurs favorisent le bon déroulement des réactions chimiques. Les enzymes jouent le rôle de catalyseur. Il existe deux types de transformations : - Fabrication= ANABOLISME ou synthèse. Besoin d’apport d’énergie pour la fabrication de molécules. - Dégradation= CATABOLISME. Productions d’énergie par dégradation des nutriments provenant de l’alimentation (oxydation), et des réserves cellulaires. On distingue : - Le métabolisme aérobie qui signifie l’utilisation d’O2. Lors du catabolisme de molécule (ex : glucose), il y a oxydation en présence d’oxygène. Cette réaction donne de l’eau H20+ CO2 + Chaleur. L’énergie chimique produite est : - Soit utilisée - Soit stockée sous forme d’ATP (Adénosine triphosphate). Quand, il y a besoin d’énergie, l’ATP se transforme par réaction d’hydrolyse en ADP (Adénosine diphosphate) + Phosphore isolé. - Le métabolisme anaérobie= sans utilisation d’O2. L’énergie est utilisée dans l’organisme : - Dans les réactions d’anabolisme (=synthèse, construction): synthèse de glycogène pour stocker le glucose dans le foie et les muscles. - Dans les réactions de détoxication : Élimination de l’azote (produit de dégradation des protéines) par le foie en synthétisant l’urée pour éliminer l’azote dans les urines. 11 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 - Dans le maintien de l’équilibre osmotique des milieux intracellulaires concentré en K+ et extracellulaire concentré en NA+. Fonctionnement de la pompe à sodium qui consomme + de 50% d’ATP de l’organisme. Les réactions chimiques se déroulent dans la cellule composée d’une membrane plasmique, d’un noyau, et du cytoplasme dans lequel se trouve des organites. A travers la membrane plasmique, ont lieu des échanges qui permettent de réguler les variations de l’organisme, de l’environnement pour permettre des conditions de vie constantes. Deux lieux de production d‘ATP :  Le cytosol (= partie liquide du cytoplasme également appelé le hyaloplasme). Production d’ATP seulement à partir des glucides (20 à30% de l’énergie produite). Glucose Pyruvate ATP +  Dans la mitochondrie (=organite présent dans le cytoplasme). Production d’ATP à partir des glucides et des lipides et à partir du cycle de Krebs. (7O à 80% d’ATP produite). Deux étapes se déroulent dans la matrice mitochondriale : ▪ La décarboxylation du pyruvate (perte d'un atome de carbone par libération d'une molécule de CO2), et son association avec une autre molécule, le coenzyme A, pour donner naissance à de l'acétyl-coenzyme A. ▪ Le cycle de Krebs : Est en enchainement de réactions cycliques qui vont libérer des protons H+. C’est à partir du flux de ces protons que la mitochondrie produit de l’ATP. Acétyl-coenzyme Pyruvate Cycle Décarboxylation A de Krebs Cytosol Mitochondrie ATP H+ P + QCM : entourer la ou les réponses correctes : 1 - L’eau, molécule essentielle à la vie : a : a pour formule chimique H2O2 b : constitue environ 65 % du corps humain c : est un liquide uniquement intracellulaire d : a pour formule H2O c : a une formule H O 12 UE : 2.1 Biologie fondamentale- PROMOTION septembre 2024 2 - L’eau assure plusieurs rôles, elle est : a : un solvant b : un liquide nécessaire pour transporter les molécules c : un liquide qui transporte la chaleur d : une molécule nécessaire pour les réactions d’hydro -lyse e : n’est pas une molécule nécessaire pour les réactions d’hydro –lyse 3 - L’eau : a : représente environ 45 litres pour un homme de 70 kg b : se trouvent dans deux milieux distincts c : représente 70 litres pour un homme de 70 kg d : se trouve dans un seul milieu e : se trouve dans un milieu intracellulaire et un milieu extracellulaire 4- - Les molécules organiques : a : sont constituées de C, H et N b : comprennent les glucides, les lipides, les protéines et les acides nucléiques c : Ont comme structure de base un enchainement d’atomes de carbone, relié à un groupement fonctionnel. d : Peuvent s’associer entre elles et former des molécules organiques complexes e : sont des constituant essentiels des cellules 5 - Les glucides : a : sont des molécules énergétiques b : sont aussi appelés hydrates de carbone c : comprennent les oses et les polyholosides d : sont contenus dans les aliments essentiellement sous forme glycogène e : sont constitués de trois éléments C, H et O 13